中国歼20战机拱形边条翼为何改为三角形边条翼?

细心的军迷会发现,原来歼-20战斗机在鸭翼后的拱形边条翼,被改成了三角形边条翼。在最早试飞的2001、2002号等原型机上,都使用了拱形边条翼;而在量产服役的歼-20战斗机上,都是三角形边条翼。这意味着,歼-20在试飞阶段时,发现了拱形边条翼的问题,并且及时进行了设计更改,实现了更加成熟、稳定的作战性能。这也是我们军工人员的“大智慧”。
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注意图中红圈内的歼-20战机边条翼,已经从左边的拱形,变成了右边的三角形。
为什么这么说呢?我们先看看拱形边条翼的好处。拱形边条翼可以看作是一个小的机翼,他增加了飞机翼面和空气的接触面积,并且能够在飞机的两侧拉出两条涡流。涡流作用在飞机主翼的上方,形成一个低压区域,这样飞机机翼下方的升力作用就更加显著,有效提高飞机大迎角飞行、稳盘、瞬盘等状态下的机动性,提高飞机的爬升率,缩减转弯半径。
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图中可见歼-20边条拉出的涡流,避开了垂尾,直接作用在主翼的上方。
但是涡流属于一种不稳定的气流,如果利用的好,可以降低翼面载荷,使飞机在大迎角下更加平稳;但是如果利用不好,他也会扰乱飞机各个翼面的气流,导致飞机进入不稳定的震颤和不规律的机动中,出线危险。在航空史上,因涡流问题导致的飞机坠机事故有很多。所以,一方面要利用好涡流,一方面还要控制好涡流,这就对飞机设计提出了很高的要求。
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图中可见涡流避开了歼-20的垂尾。
对于普通的常规布局、单垂尾飞机而言,涡流产生后不会有太多不良影响,毕竟拉起涡流的是两侧的边条翼,而涡流自然而然也不会干扰到飞机尾部的垂尾等翼面。比如我国的枭龙战机,拥有两条类似于美国F/A-18E/F战斗机的“哥特式”大边条,这两个边条可以拉出十分壮观、剧烈的涡流,极大降低飞机主翼上方的气压,使飞机升力系数更好,机动性大大提升,而且飞机的稳定性也更高。
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图为枭龙战机边条翼拉出的涡流。
但是歼-20不一样,他不是单垂尾飞机,他有两个V形垂尾,如此一来,拱形边条翼产生的涡流,就会作用在飞机的垂尾上。由于涡流不稳定,因此飞机使用垂尾改变飞行方向时,舵效就会下降。毕竟,垂尾附近的气流是越稳定、越扎实才越好,这样飞机垂尾才能轻轻一拨,就实现飞机的转弯。所以,歼-20将拱形边条翼改为三角边条翼后,涡流就避开了垂尾,保证了飞机的机动性。
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同时,歼-20的三角形边条翼,比拱形边条翼更加有利于隐身。飞机的隐身外形看上去很科幻,但是其实道理很简单,那就是尽量把飞机的翼面外缘保持平行,确保飞机的雷达反射波,朝向尽量更少的反射方向。换言之,就是尽量把所有翼面的外缘,按照同样的角度倾斜,朝向同一个方向。比如F-22A战斗机,就只有4个主要的雷达波束反射方向,歼-20也差不多。
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拱形边条翼的反射方向是一个弧度,自然反射角度比较多,改成三角边条翼后,反射方向就只有一个,在主要反射方向之外的角度,基本没有雷达信号,因此隐身性能大大提升。总而言之,歼-20使用三角边条翼取代拱形边条翼,是多种需求共同作用的结果,对歼-20的性能提升有很关键的作用,所以,这一步改进堪称是“大智慧”!